NFC KONTROLLÜ YATAKLAMALI GARAJ KAPISI

6. Ulusal Mekatronik Mühendisliği Öğrenci Kongresi (MeMÖK2015) 13 Haziran 2015, Atılım Üniversitesi, Ankara

NFC KONTROLLÜ YATAKLAMALI GARAJ KAPISI

İbrahim SAT, [email protected] ,Karabük Üniversitesi, 78050, Karabük

Doç.Dr. Birhan IŞIK, [email protected] Karabük Üniversitesi, 78050, Karabük

ÖZET

Bu çalışmada , Avrupa da sıkça kullanılan NFC (Yakın Alan İletişimi) Kontrollü Elektronik Kilitleri

Türkiye’de de kullanımını artırmak amacıyla estetik ve güvenli bir kilit sistemi oluşturulmuştur.

Örnek uygulama olarak, yataklamalı garaj kapısı (Amerikan tipi) tasarlanarak ve sistemin kontrolü

NFC özellikli akıllı telefon ile gerçekleştirilmiştir. Burada sistem iletişiminin NFC ile kontrol

edilmesindeki amaç , NFC’ nin diğer Bluetooth ve Zigbee vb. gibi kablosuz ağlara göre daha güvenli

bilgi iletişiminin sağlanmasıdır. Geliştirilen güvenli bir android uygulama sayesinde kişiye özel

kullanıcı girişi oluşturulmuştur. Garaj kapısına ait elektronik kilit ilavesi ile telefon elektronik kilite

yaklaştırılarak kapının açma/kapama kontrolü gerçekleştirilmiştir.

Anahtar Sözcükler: NFC (Yakın Alan İletişimi) , Elektronik Kilit Sistemleri, NFC Kontrollü

Elektronik Kapı Kilitleri

ABSTRACT

In this study, NFC (Near Field Communication) Controlled Electronic Locks ,widely used in Europe

was formed a lock system , esthetics and secutiry in order to increase the usage of NFC in Turkey. As

an example application, designed bushings garage door (American type) and systems control carried

out with NFC-enabled smart phones. The objective in controlling communication with the NFC

system is that NFC provides more secure data communication according to other the wireless network

as Bluetooth and Zigbee, etc. Android application developed through a secure personalized user input

is formed. Electronic door lock with zooming on phone with the addition of electronic lock of the

garage door open / close control is performed.

Keywords: NFC (Near Field Communication), Electronic Lock Systems, NFC Controlled Electronic

Door Locks


1. GİRİŞ

Günümüzde bilgi teknolojilerinin, özellikle temassız akıllı kartlar ve mobil iletişim teknolojilerinin,

hızlı gelişimine ve benimsenmesine yönelik artan bir ilgi söz konusudur. Yakın Saha İletişimi (NFC)

teknolojiside IT sektöründe gelecek vaadeden teknolojik gelişmelerden ve aynı zamanda önemli

araştırma alanlarından biri olmuştur. NFC teknolojisi kısa menzilli, yüksek frekanslı, düşük bant

genişliğine sahip ve Radyo Frekanslı Tanımlama (RFID) teknolojisine dayanan kablosuz bir iletişim

teknolojisidir. NFC teknolojisi insanların çevresiyle olan etkileşimini basitleştirmekle beraber güvence

altına almayı hedefler [1]. NFC Teknolojisinin bu özelliği sayesinde bir çok alanda (bilet

uygulamaları, ödeme işlemleri, tanıtım-reklam vb.) kullanılmıştır.

Çeşitli ev, büro ve sistem giriş ve çıkışların kontrolünde kullanılan elektronik kilit sistemlerini,

yüksek kalite ve güvenirlikli , kullanımı kolay, çağın teknolojisi ile paralel giden güvenli uygulamalar

sunmak amacıyla temassız haberleşme, dijital, mobil teknolojiler ile temassız kilit sistemleri

üretilmiştir [2]. Temassız teknolojilerin birkaç yıldır bir çok alanda kullanımının artmasıyla yeni

inovatif düşünceler gerçekleştirilerek Avrupa firmaları tarafından NFC kontrollü elektronik kilit

sistemleri gerçekleştirilmiştir. NFC teknolojisinin Toplu Ulaşım sektöründe mobil bilet, akıllı

posterler, temassız okuyucu gibi daha önce gerçekleştirilmiş alanların yanı sıra elektronik kilit

sistemlerinde de kullanıcıların taleplerini cezbederek kullanıcılara daha lüks ve güvenli bir kilit

sistemi sağlayacaktır.

Bu çalışmada, NFC teknolojisinin daha iyi anlaşılması , öneminin gösterilmesi ve kullanımında farklı

bakış açısı ortaya koyarak bu teknolojinin geliştirilmesi en önemlisi bu teknolojiyi Türkiye’de

kullanımını sağlayarak Avrupa firmalarıyla bu alanda yarışa dahil olmaktır. Gerçekleştirilen bu NFC

Kontrollü Kilit Sistemi proje çalışması sayesinde ev ,büro vb. çeşitli kilit sistemlerinin kolay ve daha

güvenirlikli olmasını sağlayıp ,en önemlisi olan fazla anahtar kullanımını ortadan kaldırmıştır. Akıllı

Kart ile cep telefonları birleştirilerek, cep telefonu NFC okuyucuya yaklaştırıldığında Akıllı Kart gibi

davranarak güvenli ve kolay kilit açma imkanı sağlar.

2. SİSTEM TASARIMI

2.1 Modelleme

Aşağıda gerçekleştirilen çalışmanın katı modellemesi gösterilmiştir. Şekil 1 (a)’da garaj kapısının

yataklama rayı ve çerçevesi gösterilmiştir.


(a). Kapının çerçeve ve ray görünümü (b). Sistemin platform ile görünümü

(b) ‘da gerçekleştirilecek olan garaj kapısının tamamen kapalı halinin platformu ile birlikte görünümü

verilmektedir. (c) ‘de ise Garaj kapısının perçin bağlantıları arka profilden görülmektedir.

(c) Sistemin arka görünümü

Şekil 1. Yataklamalı garaj kapısı sisteminin modelleme görünümleri


2.2 Montaj

Gerçekleştirilen yataklamalı garaj kapısının yan tablaları sistemin çalışmasının daha iyi görülmesi

amacıyla şeffaf pleksiglass malzemeden yapılmış olup ,kapının yataklamalı hareket rayı aliminyum L

profil tasarımıyla gerçekleştirilmiştir. Garaj kapısının ölçüleri 50x60 cm² olup düzenek platform

60x70 cm² ölçülerindedir.

2.2.1 MZ Endüstriyel Kızılötesi Sensörü

Gerçekleştirilen çalışmada garaj kapsı kapanırken meydana gelecek kazaları önlemek amacıyla

kullanılmaktadır. Kapı kapanacağı zaman bu sensör aktif olarak kapı önünde herhangi bir cismi

nesneyi algılamasıyla kapının olduğu yerde durmasını ve engel ortadan kalktığı zaman kaldığı yerden

devam etmesini sağlamaktadır.

Şekil 2. MZ Endüstriyel kızılötesi sensörü

Tablo 1. MZ Endüstriyel kızılötesi sensörü özellikleri [3]

Menzil Mesafesi 80cm

Çalışma Gerilimi 5V DC

Tepki Süresi 2ms

Boyutları 17mm çap, 45mm uzunluk

Çalışma Sıcaklığı -25, +55 °C

Kablo Uzunluğu / Ağırlık 50cm / 21gr

Çıkış Kabloları

Kırmızı: 5V

Yeşil: Toprak

Sarı: Data


2.2.2 NFC Okuyucu Kart

Android cihazın üzerinde bulunan ve cihazın uygulamasında bulunan etiket bilgisini okuyarak

sistemin hareketi için tasarlanmış kontrol kartına gerekli açma/kapama sinyalini iletir. Bu işlemi

gerçekleştirmek içinse telefonun NFC okuyucu kart üzerine bağlı olan antenine 4 cm’yi geçmeyecek

şekilde yaklaştırılması gerekmektedir.

Şekil 3. NFC Okuyucu karta bağlı olan anten

Şekil 4 . Pic14f İşlemcisiyle tasarlanmış elektronik NFC okuyucu devre

2.2.3 PIC Manyetik Sınır Anahtarı

Garaj kapısının açma /kapama sınırlarını belirlemek ve ona göre kapının yön hareketini sağlamak

amacıyla kullanılmaktadır. Hareket kontrol kartına bağlı olarak kontrol edilmektedir. Manyetik sensör

özellikleri aşağıda Tablo 2.’de belirtilmiştir.


Tablo 2. Manyetik sensör özellikleri [4]

Anma Gücü 10W

Hareket Mesafesi 15-25mm

Max. Geçen Akım 0.5 A

Boyutları 5,9 x 13,9 x 23mm

Şekil 5. PIC açma /kapama yön kontrol manyetik sınır anahtarı

2.2.4 Nema Step Motor

Garaj kapısının hareketini sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Garaj kapısında yüksek tork ve

hassasiyet istediği için sistemin kontrolünü sağlamak amacıyla step motor tercih edilmiştir.

Tablo 2. Nema step motor özellikleri [5].

STEP AÇISI 1.8 Derece

NEMA 24

AMPER 3.0 A

INDUKTANS 3.0mH

TUTMA TORKU 3 N.m

FAZ NUMARASI 2

AĞIRLIK 1.1 Kg

TEL SAYISI 8


2.2.5 JK1545 Step Motor Sürücüsü

Garaj kapısının hareket için kullanılan Nema step motorun kontrolü için kullanılmaktadır. Bu motor

sürücü sayesinde garajın hareket hızı hassasiyeti sağlanarak daha güvenli ve doğru kontrol

sağlanmaktadır. Motor sürücüsünün çalışma sinyali hareket kontrol karti üzerinden gönderilmektedir.

Özellikleri [6] ;

1. ZM-2H504 Sürücü Karakteristiği

Entegre aşırım akım koruma devresi.

En düşük toleranslı ve en yüksek kalitede elektronik bileşenler.

Ayarlanabilir microstep çözünürlüğü.

Aşırı voltaj, faz-faz bağlantısı ve faz-toprak bağlantısı koruması.

2. Kontrol Pinleri

PUL+ Step sinyali + ucu / PUL- Step sinyali - ucu

DIR+ Direction sinyali + ucu / DIR- Direction sinyali - ucu

3.Teknik Spesifikasyonlar

Besleme: 24-50VDC

Uygun Motorlar: 4,5Nm ye kadar tüm 2 faz step motorlar

Sürüş Akımı: Akım ayarı kullanılacak motorun, nominal akım değerinden daha düşük

bir seviyeye ayarlanmalıdır. Aksi taktirde motorda aşırı ısınma meydana gelebilir.

Şekil 6. JK1545 mikrostep motor sürücü

2.2.6 Atmega328p Kontrol Kartı

Gerçekleştirilen sistemin hareket kontrolünün hepsini ve yukarıda belirtilen bütün elemanların

kontrolünün sağlandığı karttır. Atmega328p işlemcisiyle tasarlanan bu kart Arduino Mega işlemcisine

benzer mantıkta bir kontrol kartı olarak gerçekleştirilmiştir. Bu sayede gerçekleştirilen “NFC


Kontrollü Yataklamalı Garaj Kapısı” projesine istenildiği zaman yeni özellikler veya elemanlar

elektronik kontrol sistemini değiştirmeye yada tekrar devre basmaya gerek duymadan test sistemi

olarak kullanılabilmektedir. Devrenin beslemesi motor sürücüde olduğu gibi dc güç kaynağı

üzerinden beslenmekte ve sistemi switch ile on/off özelliği sayesinde aktif edebilmektedir.

Şekil 7. Sistemin hareket ve diğer bütün kontrolünü saylayan Atmega328p kontrol kartı

Yukarıdaki Şekil 7.’de sistemin test aşamsı sırasında Arduino Uno kartı motor sürücü ,sensör ve NFC

Reader bağlantıları görülmektedir.

2.2.7 Rulman Tekerlekler

Garaj kapısının hareketinin L profil çerçevesi üzerinden sağlanması için Şekil 8. ‘da gösterilen

rulmanlar kullanılmıştır. Tasarlanmış olan aparat yardımıyla garaj kapısı tekerleklere somunlarla

rulman tekerleklere monte edilmiş ve kapının tekerlekler ile açma kapama işlevi gerçekleştirilmiştir.

Tasarlanan aparat 15x15mm² boyutlarında olduğu için lazer kesimle gerçekleştrilmiştir. Rulmanların

dış çapı 30mm olup iç çapı 5mm ve kalınlığı 10mm dir.

(a). Rulman tekerlek görünümü (b). Rulman tekerleğin aparata montaj görünümü


(c). Tekerleklerin montajında kullanılan aparatın ölçeklendirilmiş AutoCAD görünümü

Şekil 8. Rulman tekerlek ve aparat görünümleri

Yukarıda Şekil 8. ‘da sistemin ray üzerinden hareketi için kullanılan rulman (a)’da ve rulmanın

aparatla birleştirilmiş hali (b)’de belirtilmiş aparatın AutoCAD çizimi ölçeğiyle birlikte (c) ‘de

belirtilmiştir.

Şekil 9. Sistemin Kontrol Bölümünün (Kontrol Kartı, Step Motor Sürücü ve Güç Devresi)

Görünümü

Yukarıda Şekil 9.’da sistemin arkadan profilden elektronik aksamlarının montaj görünümü verilmiştir.


Şekil 10. Projenin Test Çalışması Ön Görünümü

Yukarıda Şekil 10. ‘da garaj kapısının yataklanmış halinin ön profil görünümü verilmiştir. Şekilde de

görüldüğü üzere , kapı hareketini sağlayan step motor tavana sabitlenmiş ve kapı yanlarda bulunan

aliminyum profil üzerinde hareket etmektedir. Aşağıda Şekil 11. ‘da ise sistemin genel görünüşü

verilmiştir.

Şekil 11. NFC Kontrollü Yataklamalı Garaj Kapısı Projesi Genel Görünümü


3. SİSTEMİN KONTROLÜ

Projenin blok diyagramı NFC Reader ünitesi,mikrodenetleyici ünitesi, sensör ünitesi ve step motor

ünitesi olmak üzere dört ana bölümden oluşmaktadır. Sisteme ait blok diyagram Şekil 9’de

verilmektedir. Projenin çalışma mantığını adım adım anlatacak olursak ;

Yukarıda ki şekilde görüldüğü üzere sistem E-Lock uygulaması üzerinden, telefon

NfcReader’a okutulur ve okutulan telefonun lisansı Nfc Reader ile uyumlu ise sistem

başlatılır.

Başlatılan sistem sinyali kontrol devresini uyararak step motor ile sistemin hareketi

gerçekleştirilir.

Ayrıca sistemin tamamen açılıp kapanması manyetik sınır anahtarlarıyla kontrol edilir.

Sistem kapanacağı zaman MZ Endüstriyel Kızılötesi Sensörü yardımı ile kapı kapanması

sırasında yaşanabilecek kaza ve yaralanmalar önlenmiş olur

Şekil 12. Projenin blok şeması

Bu aşamada android cihazdan gelen komut ile garaj kapısının açma kapama işlemi

gerçekleştirilmektedir. NFC okuyucu/yazıcı kart üzerinden gelen sinyal projenin kontrolünü sağlamak

amacıyla Atmega328p işlemcisiyle tasarlanan kontrol kartına iletilir. Daha sonra alınan sinyal ile

sistemin hareketi sağlanmış olur.


3.1 Sistemin Hareketinin Arduino Kontrol Kodları

Arduino ara yüzünde yazılan kodlar Arduino Uno kartı üzerine yerleştirilen Atmega328p işlemcisine

gömülerek kendi tasarlamış olduğumuz sistemin hareketini sağlayan kontrol kartına yerleştirilir.

Aşağıda yazılan kodlar açıklamasıyla birlikte verilmiştir.

Şekil 13. Programın giriş/çıkış pin isim tanımlamaları

Şekil 14. Programın pinlerinin giriş/çıkışlarının belirtilmesi

Şekil 15. Step motorun dönüş hızının belirlenmesi


Yukarıda garaj kapısının açma kapama kodları verilmiştir. İlk olarak Şekil 13. ‘da sistemde

kullanılacak giriş çıkışların isimleri ve mikrokontrolcüye hangi pinlere bağlanacağı belirtilmiştir. Şekil

14. ‘da ise çalışmada mikrokontrolcü üzerindeki pinlerin hangilerinin giriş/çıkış olduğu ve sabit değer

tanımlamaları yazılmıştır. Şekil 15.’ Da çalışmanın açma /kapama işlemi sırasında step motorun hızı

ayarlanarak kapı hızı kontrol edilmiştir. Şekil 16. ‘da ise programın ana çalışma işlemi olup sistemin

hangi durumlarda, gelen sinyal komutuna göre, nasıl hareket edeceği alogoritması oluşturulmuştur.

Sistemde acil stop özelliği amacıyla kullanılan MZ80 Endüstriyel Kızılötesi Sensörü sadece kapı

kapanacağı zaman sisteme dahil olmaktadır. Yani garaj kapısı açılırken eğer sensör cisim algılasa dahi

sistemin açılmasını durdurmayacaktır.

Şekil 16. Programın kapı açma/kapama alogoritmasının belirlenmesi


3.2 Sistemin Kullanıcı Android Kontrolü

Gerçekleştirilen proje çalışmasında açma/kapama komut işlemi NFC özellikli android bir cihaz

üzerinden sağlanmaktadır. AndroidStudio veya Java Script gibi programlar sayesinde tasarlanan bu

ara yüz sayesinde, kişiye özel kullanıcı özelliği oluşturularak güvenirlikli bir garaj kapısı sistemi

oluşturulmuştur.

Bu özellik sayesinde aynı android programa sahip başka kişilerin kullanımı önlenmiştir. Ayrıca

gerçekleştirilen bu sistemde anahtar taşıma problemini de ortadan kaldırarak kolay ve lüks bir kilit

sistemi imkanı sunmaktadır.

Şekil 17. Gerekli Android program ayarlarının yapıldığı program ara yüzü

Yukarıda kullanıcı ara yüzü verilen uygulamaya AndroidStudio üzerinden ücretsiz olarak sahip

olunabilmektedir. Bu uygulama NFC destekli android cihaza yüklendikten sonra garaj kapısında

bulunan NFC okuyucu/yazıcı kart ile ilişkilendirilerek gerekli özelleştirme işlemleri yapıldıktan sonra

kullanılabilmektedir. Bu program sayesinde kullanılacak kapı veya kilit sayısı tanımlanarak istenilen

sayıda kilit sistemi kontrol edilebilmektedir.

(a) İle belirtilen resimde E-Lock uygulamasının genel arayüzü ve telefona kayıtlı olan

NfcReader’ların (kilit sistemlerinin) ismi görülmektedir.

(b) İle belirtilen resimde kayıtlı olan NfcReader’ın istenilen sinyalizasyon ayarlarının

yapıldığı ve programlandığı arayüzdür. İstenilen ayarlamalar yapıldıktan sonra Program Lock

tuşu ile kart programlama işlemi gerçekleştirilir.


(c) ve (d) İle belirtilen şekilde kartın kişiye özel lisanslama ayarlarının yapıldığı ve bu

bilgilerin bulunduğu kısmın görülmektedir.

3.3. Sistemin Çalışma Kontrolü

Daha önce de belirtildiği üzere sistem beslemesi AC/DC converter üzerinden 24V DC güç kaynağı ile

beslenmektedir. Böylece sistemi gerçek hayatta doğrudan AC kaynak ile beslenebilmektedir.

Şekil 18. Telefonun Sistemi Aktif Etmek İçin NfcReader’a Okutulması

Yukarıda Şekil 18’te telefonun NFC Reader’a nasıl okutulacağı gösterilmiştir. Telefon NFC antenine

yaklaştırılarak kapının açılma komutu verilir ,kapanacağı zaman ise yine aynı şekilde telefon antene

yaklaştırılmalıdır.

SONUÇLAR

Bu projede yaygın kullanılan akıllı telefonlar sayesinde amacında belirtildiği üzere gereksiz ve fazla

anahtar kullanımı ortadan kaldırılmıştır. Ayrıca kullanılan android uygulama sayesinde yüksek

güvenirlik imkanı sağlanarak hırsızlık gibi problemlerin önüne geçilmiştir. Bu sistem, projedeki garaj

kapısı kontrolünde uygulanmıştır ancak geliştirilen E-Lock uygulaması sayesinde bu sistemin birçok

benzerleri (ev , büro vs. kapılarında veya gerçekleştirilen herhangi bir sistemin kontrolünde)

uygulamanın ayarlar menüsünden istenilen sinyalizasyon ayarları yapılarak gerçekleştirilebilmektedir.


KAYNAKLAR

[1] NFC Teknolojisinin Toplu Taşımada Kullanılması , Tuğba NAROL [364210] Yüksek Lisans

Tez Çalışması -Yıldız Teknik Üniversitesi, (11.06.2014).

[2] S. C. Alliance, (2013) “NearFieldCommunication (NFC) andTransit:Applications, Technology

and Implementation Considerations ”.

[3] MZ80 Endüstriyel Sensör Özellikleri , http://robotus.net/wp-content/uploads/2012/07/MZ80-

endustriyel-kizilotesi-sensor.pdf.

[4] GM Electronic Reed Magnetic Sensor MEDER MK471B , http://www.gmelectronic.com/reed-

magnetic-sensor-meder-mk471b-p634-184.

[5] Step Motor Nema 24 Ürün Katoloğu –Çetinkaya Makine Otomasyon,

http://www.otomasyoncu.net/3Nm-JK60HS88-3008B,PR-136.html.

[6] JK1545 İki Faz Step Motor Sürücüsü Ürün Kataloğu , Robosan Otomasyon San. Tic. Lmtd. Şti.

,www.robosan.com.tr.

NFC KONTROLLÜ YATAKLAMALI GARAJ KAPISI

Documents

Transcript of NFC KONTROLLÜ YATAKLAMALI GARAJ KAPISI